[发明专利]测试液态复合材料渗透率的方法

摘要

本发明公开了一种测试液态复合材料渗透率的方法，测试系统包括注射机、真空泵、液体缓冲罐、压力传感器、信号处理器、PC机、摄像机、测试模具，测试装置包括从下往上依次布置的下模支架、下模板、模腔厚度支架、上模板构件和上模支架。下模板上对应模腔两端分别设置有注射接口和溢料接口的缓冲室，在两缓冲室之间铺设纤维织物。上模板构件包括上模板，上模板的大小及位置与模腔对应，通过上模支架实现上模板的上下运动以改变上模板与纤维织物之间的距离，上模支架上连接有反映上模板位置改变的测量表。测试液态复合材料在不同工况下的渗透率，能精确预测复合制件的浸润缺陷，利于完善复合材料液态模塑成型工艺，促进复合材料的应用和推广。

主权项

1.一种测试液态复合材料渗透率的方法，其采用的测试系统包括注射机、真空泵、液体缓冲罐、压力传感器、信号处理器、PC机、摄像机、测试模具，注射机与测试模具的注射接口连接，压力传感器将从测试模具处采集到的信号传输给信号处理器，缓冲罐连接于测试模具和真空泵之间，信号处理器与PC机连接，摄像机分别布置于测试模具的上侧和下侧；测试模具包括从下往上依次布置的下模支架、下模板、模腔厚度支架、上模板构件和上模支架，下模支架、下模板和模腔厚度支架依次连接固定，模腔厚度支架的内腔为模腔；下模板上对应模腔厚度支架的两端分别设置有液体流动的缓冲室，其中一端的缓冲室有注射接口，另一端的缓冲室有溢料接口，在下模板上的两缓冲室之间铺设纤维织物；上模板构件包括上模板，上模板的大小及位置与模腔厚度支架的内腔对应，通过上模支架实现上模板的上下运动以改变上模板与纤维织物之间的距离，上模支架上连接有反映上模板位置改变的测量表；所述下模支架包括下模支撑板和支腿，下模支撑板为矩形板，其四个角部均设置支腿；所述下模板为透明材料的矩形板，水平布置；所述模腔厚度支架为矩形框架体，对中布置于下模板上，下模板和模腔厚度支架分别可拆卸固定于所述下模支撑板和下模板上，下模支撑板上对应模腔厚度支架的内腔处开设有相应的矩形孔作为透视窗口；所述缓冲室为在下模板上开设的矩形凹坑，所述注射接口和溢料接口均位于所述下模板的下侧，其中有注射接口的缓冲室的底面有与注射接口连通的条形缓冲槽；所述上模板为矩形板，所述上模板构件还包括依次连接于上模板上侧的矩形连接框和矩形压框，上模板、矩形连接框和矩形压框为整体件，采用透明材料制作，矩形压框位于矩形连接框的上端外围，上模板与所述下模板平行布置，上模板的大小和位置与所述模腔厚度支架的内腔匹配，上模板的下侧周缘粘结有相应大小的密封圈；所述上模支架包括上模支承框、螺杆、螺母座和螺母座安装板，上模支承框为承托所述矩形压框的矩形托框，其长度方向两端对称布置有轴承，螺母座安装板平行布置于所述上模板的上方，螺杆连接于轴承的内孔和螺母座安装板上的螺母座中；所述螺母座安装板为矩形板，其上对应所述上模板矩形连接框的内腔处开设有相应的矩形孔作为透视窗口，螺母座安装板的四个角部和所述下模支撑板之间设置有定位柱，螺母座安装板上对应定位柱位置处设置有限位端盖；所述螺母座安装板和下模支撑板之间设置有平衡柱；所述上模支承框的周缘连接有测量板，所述测量表采用千分表，测量表以其测杆垂直于测量板布置，测头与测量板的下侧接触，在所述下模支撑板上设置角钢型支架来固定测量表的表壳；测试步骤如下：(一)准备工作(1)将注射机和测试模具的注射接口连接，将缓冲罐的一端与测试模具的溢料接口连接、另一端与真空泵连接；(2)在测试模具的两个缓冲室分别安装压力传感器，将压力传感器与信号处理器连接，信号处理器与PC机连接；(3)通过调节螺杆使测试模具的上模板抬升脱离模腔厚度支架的内腔，用有机溶剂将下模板、模腔厚度支架及上模板擦拭干净并晾干；(4)根据模腔厚度支架的内腔尺寸裁剪相应尺寸的纤维织物，用天平称量纤维织物的重量并记为M，将纤维织物的密度记为ρ_f；(5)将裁剪称量好的纤维织物铺放于模腔厚度支架的内腔中，通过调节螺杆使上模板下端的密封圈与纤维织物贴合；(6)调节测量表的刻度并记录此时的数据值；(7)继续调节螺杆使上模板继续下降，使纤维织物的厚度达到预设的厚度值h₁；(8)打开真空泵检查上模与下模之间的气密性；(二)恒压注射模式下的渗透率测试(9)调节注射机为恒压力注射模式，打开注射机向模腔内注射液体，同时打开摄像机记录流动前沿流动过程；(10)当液体完全浸润完纤维织物并且流动趋于稳定时，关闭注射机，将液体缓冲罐放在计量器上称重并记录，算出从开始注射到液体完全浸润完纤维织物并且流动趋于稳定时间间隔t₁内缓冲罐的质量变化值m₁，同时记录PC机上显示的两压力传感器的读数并分别记为P_in和P_out，其中P_in为测得有注射接口缓冲室的液体流动压力，P_out为测得有溢料接口缓冲室的液体流动压力；(11)继续调节螺杆，使上模板进一步压缩浸润后的纤维织物，使其厚度达到h₂；(12)循环步骤9，并记录后续时间间隔t₂内缓冲罐的质量变化值m₂；(13)循环步骤10和11，直至达到所需要的纤维体积分数，纤维织物的体积分数计算公式为式中的W为模腔宽度，L为测试纤维织物的长度，其它已经在前述步骤中测得并记录或者算出；(14)根据达西定律，推导出恒压力情况下流动前沿位置随时间的变化关系x_f(t)表示流动前沿在时间t时刻的位置，μ表示液体的粘度；(15)根据摄像机记录的数据，绘制液体流动前沿随时间的变化曲线，求得拟合参数(16)得出在恒压力下不饱和纤维渗透率值为饱和纤维的渗透率值为m_i表示纤维厚度为h_i情况下缓冲罐在时间间隔为t_i时的质量变化量；(三)恒流量注射模式下的渗透率测试(1)抬升测试模具的上模板，取出测试过的纤维织物，并用干布擦净模具表面残留的液体；(2)循环(一)准备工作的步骤(3)～(8)；(3)调节注射机为恒流量注射的模式，打开注射机向模腔内注射液体，同时打开摄像机记录流动前沿流动过程；(4)根据达西定律，推导出恒流量下注射压力随时间的变化关系Q_in表示注射机设定的注射流量；公式中的V_f、W、及h_i已经均为已知量，P_out为真空泵的读数；(5)根据PC机记录的数据，绘制流动前沿随时间的变化曲线，此时求得拟合参数(6)得出在恒流量下不饱和纤维渗透率值为